JP2006186998A - タイミング復元方法及びタイミング復元装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイミング復元方法及びタイミング復元装置が開示される。
【解決手段】サンプリングクロックによって一定の位相間隔で入力信号をサンプリングして、２つの連続したサンプリング値を生成する段階、２つの連続したサンプリング値に基づいてサンプリング傾斜を算出する段階、及び算出されたサンプリング傾斜とターゲット傾斜との差異を利用してサンプリングクロックの位相を補正する段階を含んでタイミング復元方法を構成する。又、２つの連続したサンプリング値を合算して入力信号ゲインを算出する段階、及び算出された入力信号ゲインとターゲットゲインの比率を前記ターゲット傾斜にかけて前記ターゲット傾斜を補正する段階を更に含んでタイミング復元方法を構成することによって、サンプリングクロックの位相は算出されたサンプリング傾斜と補正されたターゲット傾斜との差異に基づいて補正されることができる。
【選択図】図９

Description

本発明は、タイミング復元方法及びタイミング復元装置に係り、より詳細には、高雑音システムで入力波形がゲイン誤差を有する場合と、零点交差遷移（zero-crossing transition）が不規則な特性を有する場合に対応することができるタイミング復元方法及びタイミング復元装置に関する。

従来技術によると、低信号対雑音比特性を有する通信システムの受信端や、大容量記録装置の記録再生部では、初期サンプリングタイミングを決定するためのタイミング復元装置が必須的に要求される。

このようなタイミング復元装置の位相誤差検出方法として、従来の零点交差遷移を利用した方法がある。又、零点交差遷移を利用した位相誤差検出方法において、位相誤差値から位相補正値を推定するために適用される従来の方法としてアークタンジェント推定方法がある。

図１及び図２は、従来技術の零点交差を利用したタイミング誤差検出方法を説明するための波形図である。

図１を参照すると、図１で例示した波形図の水平軸は時間軸を意味する。又、図１で例示した波形図の垂直軸は入力波形の振幅を意味する。

アナログ入力信号は、入力信号が零点と交差すると期待される時点で、与えられたサンプリングクロックに応答してサンプリングされる。

例えば、図１では、９０°位相間隔のサンプリング時点のうち、奇数番目サンプリング時点（１、２、３、４）でそれぞれ入力信号がサンプリングされる。図１の場合においては、入力信号が零点と交差すると期待される時点で入力信号は正確に零点と交差していると測定された場合であって、この場合はタイミング誤差が存在しないと判別される。

図２を参照すると、図１で例示した波形図のように、図２の水平軸と垂直軸はそれぞれ時間軸と入力波形の振幅を意味する。

図１の場合の同様に、入力信号の値は、それぞれ入力信号が零点と交差すると期待される時点でサンプリングされる。しかし、図１と比較した時、入力信号が零点と交差すると期待される時点で入力信号は零点と交差していない。即ち、入力信号が零点と交差すると期待される時点（５、６、７、８）で入力信号は０ではない値を有している。この場合には、位相誤差が存在すると判別される。

位相誤差の量を測定する方法として、前記サンプリング時点での入力信号の値を交互に符号を変えながら累積し平均して、位相誤差を決定することになる。

図２の場合において、入力信号が零点と交差すると期待される時点（５、６、７、８）で測定した入力信号のサンプリング値がそれぞれ“０．３”、“−０．３”、“０．３”、“−０．３”と同じ値を有していると仮定すると、例えば、４回のサンプリング値を交互に符号を変えながら累積し平均した“０．３”の値に基づいて位相誤差を決定する。

ここで、前記平均した値が正の値を有すると、サンプリング時点を時間軸上で左側に移動させる。逆に、前記平均した値が負の値を有すると、サンプリング時点を時間軸上で右側に移動させる。即ち、サンプリングタイミングを零点交差時点と一致させることである。

この際、サンプリング時点を時間軸上で移動させるために、前記測定した位相誤差値から位相補正値を決定するための方法として、前述したアークタンジェント推定方法が利用されている。位相補正値は、サンプリングクロックを発生させるデジタルクロック生成部を制御する。下記の数１式はアークタンジェント推定方法を説明するためのものである。

即ち、アークタンジェント推定方法は、位相誤差値から位相補正値を即時的で便利に求めるための方法である。例えば、前記“０．３”の位相誤差値に基づいて位相補正値を“０．３ラジアン”に推定し、位相誤差値の符号によってサンプリングタイミングをより速くするか、より遅くする。

このような方式で推定された位相補正値は、サンプリングクロックを発生させるデジタルクロック生成部に入力される。デジタルクロック生成部は、サンプリングクロックを生成するクロック生成発振器を含んでおり、入力された位相補正値に応答して位相が調節されたサンプリングクロックを出力し、出力されたサンプリングクロックは更にアナログ入力信号をサンプリングするために利用される。

一般的に、システムの入力信号の初期区間は、タイミング復元のためのプリアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）区間で構成される。例えば、プリアンブル区間は、「１１００１１００１１００１１００」のような２周期（２−Ｔ）パターンで構成される。従って、入力信号は受信端でサイン波と類似な波形を維持することになる。従来技術では、このような入力信号の波形をサイン波と仮定し、零点交差地点として期待される時点での入力信号のサンプリング値に基づいて位相誤差を検出することは既に説明された。

しかし、前記従来の方法では、入力波形のゲインを考慮しないという問題点がある。一般に、入力信号のゲインは自動ゲイン制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下、ＡＧＣ）回路によって制御されるが、ある程度のゲイン誤差が発生する。前記従来の方法は、ゲインを固定させてタンジェント推定をしたので、ゲインの誤差による付加的な誤差が発生する。

又、前記方法は、零点交差時点を最適化された値として、零点交差時点でサンプリングした入力信号に基づいて位相誤差を検出することになる。システムのチャンネル特性がプリアンブル区間で零点交差することで分析される。

しかし、システムのチャンネル特性が非対称の零点交差しない特性を有する場合には、他の方法が要求される。即ち、前記アークタンジェント推定方法は、零点交差時点が最適化された値である場合にのみ適用されるという短所がある。

前記のような問題点を解決するために、本発明の目的は、低信号対雑音比システム、特に、零点交差遷移が不規則な特性を有する低信号対雑音比システムでサンプリングクロックの位相誤差を検出してサンプリングクロックの位相を補正するタイミング復元方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、低信号対雑音比システム、特に、零点交差遷移が不規則な特性を有する低信号対雑音比システムでサンプリングクロックの位相誤差を検出して、入力信号のゲイン誤差を反映してサンプリングクロックの位相を補正するタイミング復元方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、サンプリングクロックによって一定の位相間隔で入力信号をサンプリングして２つの連続したサンプリング値を生成する段階、前記２つの連続したサンプリング値に基づいてサンプリング傾斜を算出する段階、及び前記算出されたサンプリング傾斜とターゲット傾斜の差異を利用して前記サンプリングクロックの位相を補正する段階を含むタイミング復元方法を提供する。

ここで、前記２つの連続したサンプリング値を決定する段階は、前記サンプリングされた入力信号の２つの連続した値が正数となる基点を決定する段階、及び前記正数である２つの連続した値に応答してサンプリングされた入力信号の複数の順次的な値に基づいて前記２つの連続したサンプリング値を生成する段階を含む。

ここで、前記サンプリングクロックの位相を補正する段階は、位相補正値を算出するために、前記算出されたサンプリング傾斜と前記ターゲット傾斜との差異を傾斜間隔で割る段階を含むことができ、ここで、前記傾斜間隔は、前記算出されたサンプリング傾斜が有することができる最大傾斜と最小傾斜との差異を位相補正ステップ数で割ることにより求められた値に該当する。

又、ここで、前記最大傾斜は、前記２つの連続したサンプリング値の和であり、前記最小傾斜は、前記２つの連続したサンプリング値の和の負数を取ったものであり得る。

ここで、前記タイミング復元方法は、前記２つの連続したサンプリング値を合算して入力信号ゲインを算出する段階、及び前記算出された入力信号ゲインとターゲットゲインとの差異を利用して前記入力信号ゲインを補正する段階を更に含むことができる。

ここで、前記タイミング復元方法は、前記２つの連続したサンプリング値を合算して入力信号ゲインを算出する段階、及び前記算出された入力信号ゲインとターゲットゲインの比率を前記ターゲット傾斜にかけて前記ターゲット傾斜を補正する段階を更に含むことができ、前記サンプリングクロックの位相は前記算出されたサンプリング傾斜と前記補正されたターゲット傾斜との差異に基づいて補正されることができる。

前記更に他の目的を達成するために、本発明は、サンプリングクロックに基づいた位相間隔で入力信号をサンプリングして第１サンプリング値及び第２サンプリング値を生成するサンプル決定部、前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値との差異であるサンプリング傾斜を算出する傾斜演算部、前記算出されたサンプリング傾斜とターゲット傾斜との差異を算出する傾斜差異演算部、及び前記算出されたサンプリング傾斜と前記ターゲット傾斜との差異に基づいて位相補正信号を生成する位相補償決定部を含むタイミング復元装置を提供する。

ここで、前記サンプル決定部は、前記サンプリングされた入力信号の２つの連続した値が正数となる基点を決定し、前記正数である２つの連続した値に応答してサンプリングされた入力信号の複数の順次的な値に基づいて前記２つの連続したサンプリング値を生成するように構成されることができる。

ここで、前記サンプル決定部は、前記正数である２つの連続した値に応答して前記サンプリングされた入力信号の複数の順次的な値を保存し、前記保存された複数の順次的な値の第１グループに基づいて前記第１サンプリング値を生成し、前記保存された複数の順次的な値の第２グループに基づいて前記第２サンプリング値を生成するように構成されることができる。

又、ここで、前記サンプル決定部は、前記サンプリングされた入力信号の２つの連続した値が正数となる基点を決定する符号判断部、前記正数である２つの連続した値に応答してサンプリングされた入力信号の複数の順次的な値を保存するシフトレジスタ部、前記保存された値の前記第１グループに属する全ての負数を正数に変換した後、前記第１グループに属する値の平均を求めて第１平均値を生成し、前記第１平均値を第１サンプリング値として出力する第１平均演算部、及び前記保存された値の前記第２グループに属する全ての負数を正数に変換した後、前記第２グループに属する値の平均を求めて第２平均値を生成し、前記第２平均値を第２サンプリング値として出力する第２平均演算部を含むことができる。

ここで、前記位相補償決定部は、前記サンプリング傾斜と前記ターゲット傾斜との差異を傾斜間隔で割ることによりその結果を前記位相補正信号として出力するように構成されることができ、ここで、前記傾斜間隔は、前記サンプリング傾斜が有することができる最大傾斜と最小傾斜との差異を位相補正ステップ数で割ることにより求められたものである。

又、ここで、前記最大傾斜は、前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和であり、前記最小傾斜は、前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和の負数を取ったものである。

ここで、前記タイミング復元装置は、前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和である入力信号ゲインを算出するゲイン演算部、前記算出された入力信号ゲインとターゲットゲインとの差異を算出するゲイン差異演算部、及び前記算出された入力信号ゲインと前記ターゲットゲインとの差異に基づいて前記入力信号ゲインを制御するゲイン制御信号を生成するゲイン補償決定部を更に含むことができる。

ここで、前記タイミング復元装置は、前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和である入力信号ゲインを算出するゲイン演算部を更に含み、前記位相補償決定部は、前記算出されたサンプリング傾斜と前記ターゲット傾斜との差異、前記算出された入力信号ゲイン、及びターゲットゲインに基づいて位相補正信号を生成するように構成されることができる。

又、ここで、前記位相補償決定部は、前記ターゲット傾斜に前記算出された入力信号ゲインと前記ターゲットゲインの比率をかけて補正されたターゲット傾斜を求めて、前記サンプリング傾斜と前記補正されたターゲット傾斜との差異を傾斜間隔で割ることによりその結果を前記位相補正信号として出力するように構成されることができる。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明では、入力信号の波形を三角波に単純化し、零点交差地点として期待される時点の入力信号サンプリング値と前記零点交差地点として期待される時点から４分の１周期が経過した時点のサンプリング値間の傾斜を利用して、位相誤差を検出する。

図３は、本発明のタイミング誤差検出方法を説明するための波形図である。

図３を参照すると、サイン波１１の形態として入力される実際の入力信号と本発明によって三角波１２の形態として仮定された入力信号が重畳されている。

ここで、前記サイン波の最大地点は、本発明によって仮定した三角波の最大地点と一致する。２つの波形の差異から分かるように、同じサンプリング時点１９、２０でサイン波１１として入力される実際の入力信号のサンプリング値１３、１４は、三角波１２で仮定されるサンプリング値１５、１６とは相当な差異があることがわかる。

しかし、サイン波１１として入力される実際の入力信号のサンプリング値１３、１４間の傾斜１７と三角波１２に仮定した場合のサンプリング値１５、１６間の傾斜１８は、相当な類似性を有することがわかる。従って、本発明は、サンプリング値を利用してタイミング誤差を検出する代わりに、サンプリング値間の傾斜を利用してタイミング誤差を検出する。

本発明の位相誤差を検出する方法のうち、まず入力信号にゲイン誤差が存在しない場合の位相誤差の補正方法を説明する。図４、図５、及び図６は、本発明の位相誤差検出方法を説明するための波形図である。

図４を参照すると、図４で例示した波形図の水平軸は時間軸を意味する。又、図４で例示した波形図の垂直軸は入力波形の振幅を意味する。

アナログ入力信号は、与えられた部分期間において、入力信号が零点と交差すると期待される時点（Ｘ１）と、例えば、４分の１周期が経過された時点（Ｘ２）でサンプリングされる。一方、ここで４分の１周期は、前述した２−Ｔプリアンブル区間で入力されるサイン波形の周期を基準とする。

従って、各サンプリング時点Ｘ１、Ｘ２での入力信号のサンプリング値は、ＳＹ１とＳＹ２になる。サンプリング間隔“Ｘ２−Ｘ１”を１と仮定し、両サンプリング値の傾斜を計算すると、“ＳＹ２−ＳＹ１”になる。又、前記アナログ入力信号の最大値は、２つのサンプリング値の和である“ＳＹ１＋ＳＹ２”になる。２つのサンプリング値の和として計算される前記アナログ入力信号の最大値から、２つのサンプリング値から求められる傾斜が有することができる最大傾斜値と最小傾斜値も得ることができる。

図５は、２つのサンプリング値の傾斜が最大傾斜を有する場合を例示している。即ち、一番目サンプリング値３１は０の値を有し、４分の１周期経過されサンプリングされた二番目サンプリング値３２が、アナログ入力信号の最大地点でサンプリングされた波形の最大値“ＳＹ１＋ＳＹ２”になる場合である。

従って、２つのサンプリング値から求められる傾斜の最大値３３は、２つのサンプリング値の和である“ＳＹ１＋ＳＹ２”になる。

図６は、２つのサンプリング値の傾斜が最小傾斜を有する場合を例示している。即ち、一番目サンプリング値３４は、前記アナログ入力信号の最大地点でサンプリングされた波形の最大値“ＳＹ１＋ＳＹ２”を有し、４分の１周期経過されサンプリングされた二番目サンプリング値３５は０の値を有する場合である。

従って、２つのサンプリング値から求められる傾斜が有することができる最小傾斜値３６は、２つのサンプリング値の和の負数を取った“−（ＳＹ１＋ＳＹ２）”になる。

一方、ここで２つのサンプリング値は、全部正数であると仮定しているが、これは、後述される本発明のタイミング復元装置の構成によって連続した２つのサンプリング値が全部正数である場合に対して、本発明の位相誤差検出が開始されるためである。

２つのサンプリング値から求められた傾斜“ＳＹ２−ＳＹ１”と位相誤差を最小化するために、目標とするターゲット傾斜“Ｙ２−Ｙ１”との差異によって、サンプリングクロックの位相を補正するための位相補正値が求められる。ターゲット傾斜は独立的に計算されることもでき、外部ソースから提供されることもできる。

ここで、前記ターゲット傾斜“Ｙ２−Ｙ１”は、一般的には、図５で例示している、一番目サンプリング値が零点に位置する場合に該当する最大傾斜値“ＳＹ１＋ＳＹ２”になる。しかし、零点交差遷移が不規則な特性を有する場合、例えば、ＰＲＭＬシステムの場合には、前記ターゲット傾斜は、他の値を有することもできる。位相誤差の検出において、サンプリング値自体ではないサンプリング値間の傾斜を利用することによって、零点交差遷移が不規則な特性を有する場合にも本発明が適用されることができる。

２つのサンプリング値から求められた傾斜“ＳＹ２−ＳＹ１”と位相誤差を最小化するために、目標とするターゲット傾斜“Ｙ２−Ｙ１”との差異からの位相補正値の算出は、サンプリングクロックを生成するデジタルクロック生成部の位相調節ステップの数と関係がある。

例えば、デジタルクロック生成部の位相調節がサンプリング間隔（例えば、２−Ｔパターンの４分の１周期）を３２個のステップに調節が可能するように設計されると、サンプリングによって得られることができる傾斜間隔は、数２式のように整理される。

即ち、サンプリングによって得られることができる傾斜は、最小傾斜“−（ＳＹ１＋ＳＹ２）”と最大傾斜“ＳＹ１＋ＳＹ２”との間で“（ＳＹ１＋ＳＹ２）／１６”の間隔で変化する。

従って、位相補正値は、数３式によって決定される。

前記数３式によって求められた位相補正値は、デジタルクロック生成部によって選択される位相ステップを意味する。前記位相補正値が正数値を有すると、前記サンプリングクロックの位相を右側に（即ち、位相を遅延させる）シフトさせ、前記位相補正値が負数値を有すると、前記サンプリングクロックの位相を左側に（即ち、位相をリードする（進ませる））シフトさせなければならない。前述した例のように、デジタルクロック生成部の位相調節が、サンプリング間隔（２−Ｔパターンの４分の１周期）を３２個の間隔に調節が可能なように設計されると、位相補正値は“−１６”と“１６”を含めて“−１６”と“１６”との間の範囲を有する。

一方、前記した実施例では、前記サンプリングクロックの位相の制御のために、デジタルクロック生成部が使用された場合を例示した。しかし、他の構成のサンプリングクロック生成部が使用された場合には、他の方式で２つのサンプリング値から求められた傾斜とターゲット傾斜の差異から位相補正値が算出されることができるのは当業者に自明である。

次ぎに、入力信号にゲイン誤差が存在する場合に対して、位相誤差の補正方法を説明する。前述した位相誤差検出方法では、入力信号のゲインが所望するゲインと同じであるという仮定が前提になる。即ち、目標とするターゲット傾斜の最大値、最小値と２つのサンプリング値から求められる傾斜の最大値、最小値が同じ範囲を有しているという仮定を前提としてした。

しかし、実際の入力信号のゲインは誤差を有するが、実際の入力信号のゲインと目標とする波形のゲインが変わると、ターゲット傾斜の値を実際の入力信号のゲインと目標とする波形のゲインの比率によって調節しなければならない。

実際の入力信号のゲインは、サンプリング値の和“ＳＹ１＋ＳＹ２”によって求めることができ、目標とする波形のゲインは“Ｙ１＋Ｙ２”によって得ることができる。従って、ターゲット傾斜の値は、この２つのゲインの比率をかけて補正されることができる。

下記数４式は、ゲイン誤差が反映され補正されたターゲット傾斜を使用して位相補正値が算出されることができるのを表現する数式である。

即ち、前記数４式では、ターゲット傾斜“Ｙ２−Ｙ１”が現在入力信号のゲイン“ＳＹ１＋ＳＹ２”と目標とする入力信号のゲイン“Ｙ１＋Ｙ２”の比率によって補正されることを意味する。その外の残り要素は、前記数３式と同じである。

最後に、現在入力信号のゲイン“ＳＹ１＋ＳＹ２”と目標とする入力信号のゲイン“Ｙ１＋Ｙ２”は、ゲイン制御信号を生成するのに利用されることができる。前記ゲイン制御信号は、入力信号のゲインを制御するＡＧＣ回路を制御する。

図７及び図８は、本発明のゲイン誤差算出を説明するための波形図である。

図７を参照すると、目標とする入力信号のゲインは、前記説明されたターゲット傾斜を構成するターゲットサンプリング値“Ｙ１”、“Ｙ２”の和“Ｙ１＋Ｙ２”として表現される。

反面、図８を参照すると、実際の入力信号のゲインは、２つのサンプリング値“ＳＹ１”、“ＳＹ２”の和“ＳＹ１＋ＳＹ２”として表現される。

従って、２つの値の差異を通じてゲイン制御のためのＡＧＣ回路に対するゲイン制御信号を求めることができる。本発明は入力波形を三角波に単純化させて仮定することによって、単に、２つのサンプリング値の和のみを利用してゲイン制御を迅速に行うことができるという特徴を有する。

図９は、本発明のタイミング復元装置の構成例を示すブロック図である。

図９を参照すると、本発明のタイミング復元装置４１は、サンプル決定部４２、傾斜演算部４３、ゲイン演算部４４、傾斜差異演算部４５、及び位相補正演算部４７を含む。

又、本発明のタイミング復元装置４１は、ゲイン差異演算部４６とゲイン補償決定部４８を更に含むことができる。この場合は、前述したように、実際の入力信号のゲインと目標とする入力信号のゲインの差異を利用してＡＧＣ回路を制御するためのゲイン制御信号を発生させる機能を含む場合である。

又、図９では、本発明のタイミング復元装置４１の動作説明のために、デジタルクロック生成部４９、アナログデジタル変換機５０、自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路５１、及び可変ゲイン増幅器５２が共に図示されている。

本発明のタイミング復元装置４１を構成するサンプル決定部４２は、アナログデジタル変換器５０からサンプリングされた入力信号の入力を受けて、本発明の位相誤差検出のためのサンプリング値ＳＳ、ＳＦを決定する構成要素である。

前述したように、本発明に適用された位相誤差検出方法は、サンプリング傾斜を求めるための２つのサンプリング値が全部正数であると仮定している。従って、サンプル決定部４２は、アナログデジタル変換器５０からサンプリングされた入力信号を連続的に受け、サンプリング傾斜を計算するための一番目サンプリング値ＳＦと二番目サンプリング値ＳＳを決定する役割を行う。

サンプル決定部４２は、多数個のサンプリング値を平均して傾斜を求めるための一番目サンプリング値と二番目サンプリング値をより安定的に求める構成を取ることもできる。例えば、図１０を通じて後述されるサンプル決定部４２は、８個ずつのサンプリング値の平均を利用して、一番目サンプリング値ＳＦと二番目サンプリング値ＳＳをより正確に算出する構成を取っている。勿論、このような構成を除いて、２つが連続的に正の値を有するサンプリング値を一番目サンプリング値ＳＦと二番目サンプリング値ＳＳとして出力する構成を取ることもできるのは自明である。

傾斜演算部４３は、サンプル決定部４２が出力した一番目サンプリング値ＳＦと二番目サンプリング値ＳＳの入力を受け、一番目サンプリング値ＳＦと二番目サンプリング値ＳＳとの間の傾斜を演算する。

ゲイン演算部４４は、サンプル決定部４２が出力した一番目サンプリング値ＳＦと二番目サンプリング値ＳＳの入力を受け、一番目サンプリング値ＳＦと二番目サンプリング値ＳＳを合算して、実際の入力信号のゲインＧＡＩＮを演算する。

傾斜差異演算部４５は、外部からターゲット傾斜ＴＳＬＰと傾斜決定部４３からサンプリング傾斜ＳＬＰの入力を受け、サンプリング傾斜ＳＬＰからターゲット傾斜ＴＳＬＰを減算する演算を行って、その差異値を位相補償決定部４７に出力する。

位相補償決定部４７は、位相補正値を算出するための前記数３式又は数４式の演算を行う。位相補正値は、位相補正信号ＰＣＳとしてデジタルクロック生成部４９に出力されることもできる。

ゲイン誤差が存在しない場合のタイミング復元のための場合なら、前記位相補償決定部４７は、サンプリング傾斜ＳＬＰとターゲット傾斜ＴＳＬＰとの差異、実際の入力信号のゲインＧＡＩＮ及び補正ステップ数（例えば、３２）の入力を受け、位相補正値を算出して、算出された位相補正値を位相補正信号ＰＣＳとして出力する。この場合、位相補償決定部４７は、前記数３式を利用して位相補正値を算出することができる。

ゲイン誤差まで反映された位相誤差検出のための場合なら、前記位相補償決定部４７は、サンプリング傾斜ＳＬＰ、ターゲット傾斜ＴＳＬＰ、実際の入力信号のゲインＧＡＩＮ、ターゲットゲインＴＧＡＩＮ、及び補正ステップ数（例えば、３２）の入力を受けて位相補正値を算出する。算出された位相補正値は、位相補正信号ＰＣＳとしてデジタルクロック生成部４９に出力されることができる。この場合、位相補償決定部４７は、前記数４式を利用して位相補正値を算出することができる。

位相補正演算部４７が出力する位相補正信号ＰＣＳは、デジタルクロック生成部４９に入力され、デジタルクロック生成部４９で生成するサンプリングクロック（ＳＡＭＰ_ＣＬＯＣＫ）の位相を調節することになる。

一方、前述したように、本発明のタイミング復元装置４１は、ゲイン差異演算部４６、及びゲイン補償決定部４８を更に含むことができる。ゲイン差異演算部４６及びゲイン補償決定部４８を含むタイミング復元装置４１は、前記ＡＧＣ回路５１を制御するためのゲイン制御信号ＧＣＳを発生させることができる。ゲイン演算部４４で算出された実際の入力信号のゲインＧＡＩＮ及び外部ソースからのターゲットゲインＴＧＡＩＮの差異を利用して、ゲイン制御信号ＧＣＳが算出されることができる。

ゲイン差異演算部４６は、外部からターゲットゲインＴＧＡＩＮとゲイン決定部４４から実際の入力信号のゲインＧＡＩＮの入力を受け、実際の入力信号のゲインＧＡＩＮからターゲットゲインＴＧＡＩＮを減算する演算を行う。算出された差異値は、ゲイン補償決定部４８に出力される。

ゲイン補償決定部４８は、実際の入力信号のゲインＧＡＩＮとターゲットゲインＴＧＡＩＮの差異値の入力を受け、ゲイン制御信号ＧＣＳを出力する。自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路５１では、ゲイン補償決定部４８が出力するゲイン制御信号ＧＣＳに応答して、可変ゲイン増幅器５２を通じて入力信号のゲインを調節する。

図１０は、本発明のタイミング復元装置に利用されることができるサンプル決定部の構成例を示すブロック図である。

前述したように、サンプル決定部４２は多様に構成されることができるが、図１０で例示したサンプル決定部４２は、多数個のサンプリング値を平均して傾斜を求めるための一番目サンプリング値と二番目サンプリング値をより安定的に求める構成を取っている。

図１０を参照すると、本発明のタイミング復元装置４０に利用されることができるサンプル決定部４２は、符号判断部６０、シフトレジスタ６１、第１平均演算部７２、及び第２平均演算部７３を含む。

ここで、第１平均演算部７２は、符号反転部６２、６３、６４、合算部６８、及び除算部７０を含むことができ、第２平均演算部７３は、符号反転部６５、６６、６７、合算部６９、及び除算部７１を含むことができる。

符号判断部６０は、図９のアナログデジタル変換器５０でサンプリングした入力信号の入力を受け、正の値を有する入力信号が２つ連続で入力される場合を検出する。符号判断部６０で連続した２つのサンプリング値が全部正数である場合を検出すると、正数である連続した２つのサンプリング値を含んで、以後のサンプリング値が順次に入力され、シフトレジスタ６１に保存される。シフトレジスタ６１に保存されたサンプリング値の個数は、シフトレジスタ６１に含まれたレジスタの個数と同様である。シフトレジスタ６１に含まれたレジスタの個数は変わることができる。例えば、１６個のレジスタを含んでシフトレジスタ６１が構成されることができる。この場合、シフトレジスタ６１は、１６個のサンプリング値を順次に受けて、８個のサンプリング値で一番目サンプリング値ＳＦを求め、残り８個のサンプリング値で二番目サンプリング値ＳＳを求める。シフトレジスタ６１は、例えば、８、１６、３２、６４のように、適当な個数のレジスタを含むことができる。

１６個のレジスタ（６１−１、６１−２、．．．、６１−１６）を含んでシフトレジスタ６１が構成される場合に、第１レジスタ６１−１、第３レジスタ６１−３、及び残りの奇数番目レジスタの値は、正数である場合にはそのままの正数値、負数である場合には符号反転部６２、６３、６４によって符号が反転されながら合算部６８で合算される。

除算部７０では、合算部６８で合算された結果を、合算されたサンプリング値の個数で割ることによって、一番目サンプリング値ＳＦを算出する。合算部６８によって合算されたサンプリング値の個数は、サンプリング値を合算部６８に提供するレジスタの個数と同様である。前記実施例では、８個のサンプリング値が８個のレジスタによって提供され、従って、除算部７０は合算部６８の出力を８で割る。

同様に、第２レジスタ６１−２、第４レジスタ６１−４、及び残りの偶数番目レジスタに保存された値は、正数である場合にはそのままの正数値、負数である場合には符号反転部６５、６６、６７によって符号が反転されながら合算部６９で合算される。

除算部７１では、合算部６９で合算された結果を、合算されたサンプリング値の個数で割ることによって、二番目サンプリング値ＳＳを算出する。合算部６９によって合算されたサンプリング値の個数は、サンプリング値を合算部６９に提供するレジスタの個数と同様である。前記実施例では、８個のサンプリング値が８個のレジスタによって提供され、従って、除算部７１は合算部６９の出力を８で割る。

図９で例示しているように、除算部７１、７２で出力された一番目サンプリング値ＳＦと二番目サンプリング値ＳＳは、傾斜演算部４３とゲイン演算部４４に入力され、前記サンプリング傾斜ＳＬＰと前記実際の入力信号のゲインＧＡＩＮを求めるのにそれぞれ利用される。

図１１は、従来技術と本発明に適用されたタイミング誤差検出方法がゲイン誤差がない場合に適用された模擬実験結果を比較したグラフである。

図１１を参照すると、ゲイン誤差がない場合に本発明のタイミング誤差検出方法が適用された場合（８１）、従来技術で説明されたアークタンジェント推定方法によるタイミング誤差検出方法が適用された場合（８２）、及び実際にアークタンジェントを数学的に演算して、タイミング誤差を検出する理想的な場合（８３）の模擬実験結果が図示されている。

図１１の水平軸は、初期にデジタルクロック生成部４９で生成するサンプリングクロックの位相ステップを図示している。例えば、３２個のステップに位相を調節することができるデジタルクロック生成部４９で生成されるサンプリングクロックが０から３１に至る位相ステップのうち、初期にどの位相ステップを選択しているかを表現している。

図１１の垂直軸は、タイミング誤差検出によって補正された位相ステップを例示している。例えば、タイミング誤差検出及び検出された誤差によるタイミング誤差補正によって３２個のステップに位相を調節することができるデジタルクロック生成部４９で生成されるサンプリングクロックの位相が０から３１に至る位相ステップのうち、どの位相ステップに補正されるかを表現している。

図１１の模擬実験結果は、補正された位相ステップが０である場合を想定したものである。

図１１を参照すると、実際にアークタンジェントを数学的に演算してタイミング誤差を検出する理想的な場合（８３）には、初期位相ステップがいかなる値を有するか、即ち、０から３１までのいかなる位相ステップを有するサンプリングクロックが初期に入力されるかにかかわらず、補正された位相ステップは０で算出されることがわかる。

一方、従来技術で説明されたアークタンジェント推定方法によるタイミング誤差検出方法が適用された場合（８２）、０又は３１に近い位相ステップで出発した場合（８２−１又は８２−２）には、補正された位相ステップが０に近接する。従って、初期位相ステップが目標位相ステップと多くの差異を有するほど、タイミング誤差を減少させる性能が劣化することがわかる。

本発明のタイミング誤差検出方法が適用された場合（８１）には、実際にアークタンジェントを数学的に演算してタイミング誤差を検出する理想的な場合（８３）に近接してタイミング誤差を減少させる性能を示している。即ち、０から３１までのいかなる位相ステップを有するサンプリングクロックが初期に入力されるかにかかわらず、補正された位相ステップは０又は３１に近接した値で算出されることがわかる。

図１２は、従来技術と本発明に適用されたタイミング誤差検出方法がゲイン誤差がある場合に適用された模擬実験結果を比較したグラフである。

図１２は、図１１の場合と異なり、目標とするゲインに対して入力信号のゲインが小さい場合を例示したものである。例えば、図１２の結果は、目標とするゲインが“１”であるのに対して、入力信号のゲインが“０．４”である場合のタイミング誤差検出を例示している。

図１２を参照すると、ゲイン誤差がある場合に本発明のタイミング誤差検出方法が適用された場合（８４）、従来技術で説明されたアークタンジェント推定方法によるタイミング誤差検出方法が適用された場合（８５）、及び実際にアークタンジェントを数学的に演算してタイミング誤差を検出する理想的な場合（８６）の模擬実験結果が図示されている。

図１１の水平軸、垂直軸と同様に、図１２の水平軸、垂直軸はそれぞれ初期位相ステップ、補正された位相ステップを表現している。又、図１２の模擬実験結果も補正された位相ステップが０であると仮定している。

図１２を参照すると、実際にアークタンジェントを数学的に演算してタイミング誤差を検出する理想的な場合（８６）には、初期位相ステップがいかなる値を有するか、即ち、０から３１までのいかなる位相ステップを有するサンプリングクロックが初期に入力されるかにかかわらず、補正された位相ステップは０で算出されることがわかる。ゲイン誤差がない場合を仮定した図１１の場合と同じ結果を意味する。

一方、従来技術で説明されたアークタンジェント推定方法によるタイミング誤差検出方法が適用された場合（８５）、０又は３１に近い位相ステップで出発した場合（８５−１又は８５−２）には、補正された位相ステップが０に近接する。従って、初期位相ステップが目標位相ステップと多くの差異を有するほど、タイミング誤差を減少させる性能が劣化することがわかる。又、ゲイン誤差がない場合を仮定した図１１の場合と比較すると、タイミング誤差を減少させる性能がより劣化し、補正された位相ステップの特性が図１１の場合とは反対になることがわかる。

本発明のタイミング誤差検出方法が適用された場合（８４）には、実際にアークタンジェントを数学的に演算してタイミング誤差を検出する理想的な場合（８６）に近接してタイミング誤差を減少させる性能を示している。即ち、０から３１までのいかなる位相ステップを有するサンプリングクロックが初期に入力されるかにかかわらず、補正された位相ステップは０又は３１に近接した値で算出されることが分かり、図１１の場合と殆ど同じ結果を示す。

本発明の実施例が三角波と関連して説明されたが、他の可能な形態の波形も利用されることができる。

前記のような本発明によると、低信号対雑音比特性を有するシステムで入力信号をサンプリングする時点を決定するサンプリングクロックのタイミング誤差を検出するタイミング誤差検出において、連続したサンプリング値の傾斜を利用してタイミング誤差を検出することによって、零点交差遷移が不規則な特性を有する低信号対雑音比特性を有するシステムでもタイミング誤差検出とタイミング復元が可能であり、入力信号のゲインが誤差を有する場合にも、ゲイン誤差を反映したタイミング誤差復元が可能である。

以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。

従来技術の零点交差を用いたタイミング誤差検出方法を説明するための波形図である。 従来技術の零点交差を用いたタイミング誤差検出方法を説明するための波形図である。 本発明のタイミング誤差検出方法を説明するための波形図である。 本発明に適用されるタイミング誤差検出方法を説明するための波形図である。 本発明に適用されるタイミング誤差検出方法を説明するための波形図である。 本発明に適用されるタイミング誤差検出方法を説明するための波形図である。 本発明に適用されるゲイン誤差算出を説明するための波形図である。 本発明に適用されるゲイン誤差算出を説明するための波形図である。 本発明のタイミング復元装置の構成例を示すブロック図である。 本発明のタイミング復元装置に利用されることができるサンプル決定部の構成例を示すブロック図である。 従来技術と本発明に適用されたタイミング誤差検出方法がゲイン誤差がない場合に適用された模擬実験結果を比較したグラフである。 従来技術と本発明に適用されたタイミング誤差検出方法がゲイン誤差がある場合に適用された模擬実験結果を比較したグラフである。

符号の説明

４１ タイミング復元装置
４２ サンプル決定部
４３ 傾斜演算部
４４ ゲイン演算部
４５ 傾斜差異演算部
４６ ゲイン差異演算部
４７ 位相補償決定部
４８ ゲイン補償決定部
４９ デジタルクロック生成部
６０ 符号判断部
７０ 除算部
７１ 除算部
ＳＦ 第１サンプリング値
ＳＳ 第２サンプリング値
ＳＬＰ サンプリング値間の傾斜
ＧＡＩＮ 入力信号のゲイン
ＴＳＬＰ ターゲット傾斜
ＴＧＡＩＮ ターゲットゲイン
ＰＣＳ 位相補正信号
ＧＣＳ ゲイン補正信号

Claims (24)

1. サンプリングクロックによって一定の位相間隔で入力信号をサンプリングして２つの連続したサンプリング値を生成する段階と、
   前記２つの連続したサンプリング値に基づいてサンプリング傾斜を算出する段階と、
   前記算出されたサンプリング傾斜とターゲット傾斜の差異を利用して前記サンプリングクロックの位相を補正する段階と、を含むことを特徴とするタイミング復元方法。
2. 前記２つの連続したサンプリング値を生成する段階は、
   前記サンプリングされた入力信号の２つの連続した値が正数となる基点を決定する段階と、
   前記正数である２つの連続した値に応答してサンプリングされた入力信号の複数の順次的な値に基づいて前記２つの連続したサンプリング値を生成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１記載のタイミング復元方法。
3. 前記サンプリングクロックの位相を補正する段階は、
   位相補正値を算出するために、前記算出されたサンプリング傾斜と前記ターゲット傾斜との差異を傾斜間隔で割る段階を含み、
   前記傾斜間隔は、前記算出されたサンプリング傾斜が有することができる最大傾斜と最小傾斜との差異を位相補正ステップ数で割ることにより求められることを特徴とする請求項１記載のタイミング復元方法。
4. 前記最大傾斜は、前記２つの連続したサンプリング値の和であり、
   前記最小傾斜は、前記２つの連続したサンプリング値の和の負数を取ったものであることを特徴とする請求項３記載のタイミング復元方法。
5. 前記２つの連続したサンプリング値を合算して入力信号ゲインを算出する段階と、
   前記算出された入力信号ゲインとターゲットゲインとの差異を利用して前記入力信号ゲインを補正する段階と、を更に含むことを特徴とする請求項１記載のタイミング復元方法。
6. 前記２つの連続したサンプリング値を合算して入力信号ゲインを算出する段階と、
   前記算出された入力信号ゲインとターゲットゲインの比率を前記ターゲット傾斜にかけて前記ターゲット傾斜を補正する段階と、を更に含み、
   前記サンプリングクロックの位相は前記算出されたサンプリング傾斜と前記補正されたターゲット傾斜との差異に基づいて補正されることを特徴とする請求項１記載のタイミング復元方法。
7. 前記２つの連続したサンプリング値を生成する段階は、
   前記サンプリング入力信号の２つの連続した値が正数となる基点を決定する段階と、
   前記正数である２つの連続した値に応答してサンプリングされた入力信号の複数の順次的な値に基づいて前記２つの連続したサンプリング値を生成する段階と、を含むことを特徴とする請求項６記載のタイミング復元方法。
8. 前記サンプリングクロックの位相を補正する段階は、
   位相補正値を算出するために、前記算出されたサンプリング傾斜と前記補正された前記ターゲット傾斜との差異を傾斜間隔で割る段階を含み、
   前記傾斜間隔は、前記サンプリング傾斜が有することができる最大傾斜と最小傾斜との差異を位相補正ステップ数で割ることにより求められるものであることを特徴とする請求項６記載のタイミング復元方法。
9. 前記最大傾斜は、前記２つの連続したサンプリング値の和であり、
   前記最小傾斜は、前記２つの連続したサンプリング値の和の負数を取ったものであることを特徴とする請求項８記載のタイミング復元方法。
10. 前記算出された入力信号ゲインと前記ターゲットゲインとの差異を算出する段階と、
    前記算出された入力信号ゲインと前記ターゲットゲインとの差異を利用して前記入力信号ゲインを補正する段階と、を更に含むことを特徴とする請求項６記載のタイミング復元方法。
11. サンプリングクロックに基づいた位相間隔で入力信号をサンプリングして第１サンプリング値及び第２サンプリング値を生成するサンプル決定部と、
    前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値との差異であるサンプリング傾斜を算出する傾斜演算部と、
    前記算出されたサンプリング傾斜とターゲット傾斜との差異を算出する傾斜差異演算部と、
    前記算出されたサンプリング傾斜と前記ターゲット傾斜との差異に基づいて位相補正信号を生成する位相補償決定部と、を含むことを特徴とするタイミング復元装置。
12. 前記サンプル決定部は、
    前記サンプリングされた入力信号の２つの連続した値が正数となる基点を決定し、前記正数である２つの連続した値に応答してサンプリングされた入力信号の複数の順次的な値に基づいて前記２つの連続したサンプリング値を生成することを特徴とする請求項１１記載のタイミング復元装置。
13. 前記サンプル決定部は、
    前記正数である２つの連続した値に応答して前記サンプリングされた入力信号の複数の順次的な値を保存し、前記保存された複数の順次的な値の第１グループに基づいて前記１サンプリング値を生成し、前記保存された複数の順次的な値の第２グループに基づいて前記第２サンプリング値を生成することを特徴とする請求項１１記載のタイミング復元装置。
14. 前記サンプル決定部は、
    前記サンプリングされた入力信号の２つの連続した値が正数となる基点を決定する符号判断部と、
    前記正数である２つの連続した値に応答してサンプリングされた入力信号の複数の順次的な値を保存するシフトレジスタ部と、
    前記保存された値の前記第１グループに属する全ての負数を正数に変換した後、前記第１グループに属する値の平均を求めて第１平均値を生成し、前記第１平均値を第１サンプリング値として出力する第１平均演算部と、
    前記保存された値の前記第２グループに属する全ての負数を正数に変換した後、前記第２グループに属する値の平均を求めて第２平均値を生成し、前記第２平均値を第２サンプリング値として出力する第２平均演算部と、を含むことを特徴とする請求項１１記載のタイミング復元装置。
15. 前記位相補償決定部は、
    前記サンプリング傾斜と前記ターゲット傾斜との差異を傾斜間隔で割ることによりその結果を前記位相補正信号として出力し、
    前記傾斜間隔は、前記サンプリング傾斜が有することができる最大傾斜と最小傾斜との差異を位相補正ステップ数で割ることにより求められたものであることを特徴とする請求項１１記載のタイミング復元装置。
16. 前記最大傾斜は、前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和であり、
    前記最小傾斜は、前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和の負数を取ったものであることを特徴とする請求項１５記載のタイミング復元装置。
17. 前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和である入力信号ゲインを算出するゲイン演算部と、
    前記算出された入力信号ゲインとターゲットゲインとの差異を算出するゲイン差異演算部と、
    前記算出された入力信号ゲインと前記ターゲットゲインとの差異に基づいて前記入力信号ゲインを制御するゲイン制御信号を生成するゲイン補償決定部と、を更に含むことを特徴とする請求項１１記載のタイミング復元装置。
18. 前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和である入力信号ゲインを算出するゲイン演算部を更に含み、
    前記位相補償決定部は、前記算出されたサンプリング傾斜と前記ターゲット傾斜との差異、前記算出された入力信号ゲイン、及びターゲットゲインに基づいて位相補正信号を生成することを特徴とする請求項１１記載のタイミング復元装置。
19. 前記サンプル決定部は、
    前記サンプリングされた入力信号の２つの連続した値が正数となる基点を決定し、前記正数である２つの連続した値に応答してサンプリングされた入力信号の複数の順次的な値に基づいて前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値を生成することを特徴とする請求項１８記載のタイミング復元装置。
20. 前記サンプル決定部は、
    前記正数である２つの連続した値に応答して前記サンプリングされた入力信号の複数の順次的な値を保存し、前記保存された複数の順次的な値の第１グループに基づいて前記第１サンプリング値を生成し、前記保存された複数の順次的な値の第２グループに基づいて前記第２サンプリング値を生成することを特徴とする請求項１９記載のタイミング復元装置。
21. 前記サンプル決定部は、
    前記サンプリングされた入力信号の２つの連続した値が正数となる基点を検出する符号判断部と、
    前記正数である２つの連続した値に応答してサンプリングされる入力信号の複数の順次的な値を保存するシフトレジスタ部と、
    前記保存された値の前記第１グループに属する全ての負数を正数に変換した後、前記第１グループに属する値の平均を求めて第１平均値を生成し、前記第１平均値を第１サンプリング値として出力する第１平均演算部と、
    前記保存された値の前記第２グループに属する全ての負数を正数に変換した後、前記第２グループに属する値の平均を求めて第２平均値を生成し、前記第２平均値を第２サンプリング値として出力する第２平均演算部と、を含むことを特徴とする請求項１８記載のタイミング復元装置。
22. 前記位相補償決定部は、
    前記ターゲット傾斜に前記算出された入力信号ゲインと前記ターゲットゲインの比率をかけて補正されたターゲット傾斜を求めて、前記サンプリング傾斜と前記補正されたターゲット傾斜との差異を傾斜間隔で割ることによりその結果を前記位相補正信号として出力し、
    前記傾斜間隔は、前記サンプリング傾斜が有することができる最大傾斜と最小傾斜との差異を位相補正ステップ数で割ることにより求められたものであることを特徴とする請求項１８記載のタイミング復元装置。
23. 前記最大傾斜は、前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和であり、
    前記最小傾斜は、前記第１サンプリング値と前記第２サンプリング値の和の負数を取ったものであることを特徴とする請求項２２記載のタイミング復元装置。
24. 前記タイミング復元装置は、
    前記算出された入力信号のゲインと前記ターゲットゲインとの差異を演算するゲイン差異演算部と、
    前記算出された入力信号のゲインと前記ターゲットゲインとの差異に基づいて前記入力信号のゲインを制御するゲイン制御信号を生成するゲイン補償決定部と、を更に含むことを特徴とする請求項１８記載のタイミング復元装置。

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